CN1274766A

CN1274766A - 防御热碱压力容器应力腐蚀开裂的金属高分子复合涂层

Info

Publication number: CN1274766A
Application number: CN00113817A
Authority: CN
Inventors: 韩志海; 陈华; 陈利利
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2000-05-22
Filing date: 2000-05-22
Publication date: 2000-11-29

Abstract

一种防御热碱压力容器应力腐蚀开裂的金属高分子复合涂层,包括和金属基体相粘结的Ni－Cr合金底层,底层上配置有Fe－Cr－Ni合金面层,面层上配置有环氧基树脂表面封闭层,能够有效隔离碱液直接作用于焊缝区,保护焊缝免遭热碱液侵蚀,从而避免热碱压力容器的应力腐蚀开裂,延长蒸发器的安全使用寿命。

Description

防御热碱压力容器应力腐蚀开裂的金属高分子复合涂层

本发明涉及一种金属—高分子涂层，特别涉及一种防御热碱压力容器焊缝区应力腐蚀开裂的丝材火焰喷涂金属高分子复合涂层及其复涂方法。

热碱压力容器系指器内苛性碱(NaOH)浓度达28～30％，温度140～160℃，压力0.3MP左右的生产氧化铝的蒸发器。该类设备通常用20G、16Mn等优质低碳结构钢制造。由于设备庞大，通常需在现场焊接、拼装，设备的焊缝常存在较高的焊接残余应力、拘束应力等。这些应力和上述热碱液的协同作用，常导致该类设备焊缝区发生“碱脆型”应力腐蚀开裂。中国有色金属工业总公司山西铝厂的1100m²自循环大型蒸发器在投产后仅三个月就发生大面积开裂事故就属于这种碱脆引起的焊缝早期开裂，严重影响企业安全生产和经济效益。1996年6月本申请人曾申请了一种复合涂层(申请号：96118692.5)，但所叙述的涂层的组成公开不充分，无法实施。

本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，开发出一种耐蚀涂层，能够有效隔离碱液直接作用于焊缝区，保护焊缝隙免遭热碱液侵蚀，从而避免热碱压力容器的应力腐蚀开裂，延长蒸发器的安全使用寿命。

由于热碱液在蒸发器中上下循环蒸发浓缩，对内壁有强烈的热冲刷磨损和热迁移作用，因此普通的高分子涂层或其它衬层很难适应这种苛刻的工况。发明人首先对焊缝开裂的原因进行了分析，针对其失效机制，设计了几种能有效抵抗热碱液腐蚀和冲刷磨损的金属—高分子复合涂层，经模拟现场实际工况的应力腐蚀加速试验，对比涂层的耐蚀性和抗磨性，从中优选最佳涂层。考虑到必须到现场施工，本发明结合现场工作条件对热喷涂工艺进行了优化实验，以保证现场喷涂的质量。

本发明包括底层(粘结层)、面层(工作层)和表面高分子封闭层。底层主要增强涂层和基体的结合强度，同时具有良好的抗碱液侵蚀性能；面层主要考虑耐蚀性和抗磨性；表面高分子涂层主要对层中的空隙进行封闭，以防腐蚀介质进入空隙渗入基体。

底层主要为Ni-Cr基合金涂层，其中Cr含量16～18％，Si含量2～3％，Al含量1.0～1.5％，Fe≤0.1％，C≤0.1％，S≤0.02％，其余为Ni，底层厚度为0.08～0.12mm。

面层由Fe-Ni-Cr合金为主，其中Cr含量18～20％，Ni含量9～12％，C≤0.05％，Mn≤1.5％，Si≤1.0％，Ti≤0.1％，其余为Fe，涂层厚度0.25～0.30mm。

表面高分子封闭层主要成分为环氧基树脂，采用胺类高温固化剂。涂层具有良好的浸润性和耐蚀性，厚度为0.02～0.04mm。

本发明工艺过程如下：

首先使用20～40目金刚砂对金属基体进行喷砂，去除基体表面氧化层和污染物，形成粗糙度为15～25μm的新鲜银灰色表面，然后采用可在现场喷涂的金属丝火焰喷涂料设备先喷涂Ni-Cr合金底层，紧接着喷涂Fe-Cr-Ni面层，最后刷涂表面高分子封闭层。

实施例：

喷涂设备选用美国METCO公司12E型高速丝材火焰喷枪，喷涂金属丝为满足氧—乙炔火焰喷涂要求特制的Φ3mm合金丝(材质成分同上述底层和面层)，燃气为氧乙炔气体，金属丝由送丝机构送入喷枪前部火焰区，迅速加热熔化，同时被高速气流雾化，均匀覆盖于基体表面，冷却后形成完整的与基体结合良好的涂层。具体喷涂工艺参数如下表：

涂层	氧气		乙炔气		压缩空气
	氧气		乙炔气		压缩空气		压力(bar)	流量(格)	压力(bar)	流量(格)	压力(bar)	流量(格)
	底层(Ni-Cr)	2.41	52	1.03	40	4.8	压力(bar)	流量(格)	压力(bar)	流量(格)	压力(bar)	流量(格)	50
面层(Fe-Cr-Ni)	底层(Ni-Cr)	2.41	52	1.03	40	4.8	2.20	50	1.08	45	4.8	50	50

注：压力(bar)和流量(格)为METCO12-E控制柜压力表和流量计读数

本发明制备的金属—高分子复合涂层，经实验室模拟实际工况的应力腐蚀加速试验测定，经涂层保护的焊缝试样比未经涂层保护的焊缝试样应力腐蚀开裂周期延长到10倍以上，经山西铝厂四蒸发车间八台蒸发器的实际应用表明，94年未采用涂层，全年八台设备焊缝开裂、泄漏抢修55台次，95年采用涂层后，焊缝无一开裂。仅95年度，节约蒸发器抢修费180万元，减少停机增加产值2000余万元，全年增收节支1000余万元。

本发明可推广应用于其它铝厂和各类冶金、化工企业大型热碱压力容器，解决热碱液引起的应力腐蚀开裂和泄漏问题。

Claims

1.一种防御热碱压力容器应力腐蚀开裂的金属高分子复合涂层，包括和金属基体相粘结的底层，底层上培植有面层，面层上培植有表面封闭层，本发明的特征在于，所说的底层为Ni-Cr基合金涂层，所说的面层为Fe-Cr-Ni合金涂层，所说的表面封闭层为环氧基树脂涂层。

2.根据权利要求1所说的一种防御热碱压力容器应力腐蚀开裂的金属高分子复合涂层，其特征在于，所说的Ni-Cr基合金中，其中Cr含量16～18％，Si含量2～3％，Al含量1.0～1.5％，Fe≤0.1％，C≤0.1％，S≤0.02％，其余为Ni。

3.根据权利要求1所说的一种防御热碱压力容器应力腐蚀开裂的金属高分子复合涂层，其特征在于，所说的Fe-Ni-Cr合金中，其中Cr含量18～20％，Ni含量为9～12％，C≤0.05％，Mn≤1.5％，Si≤1.0％，Ti≤0.1％，其余为Fe。

4.根据权利要求1、2所说的一种防御热碱压力容器应力腐蚀开裂的金属高分子复合涂层，其特征在于，所说的底层厚度为0.08～0.12mm。

5.根据权利要求1、3所说的一种防御热碱压力容器应力腐蚀开裂的金属高分子复合涂层，其特征在于，所说的面层厚度0.25～0.30mm。

6.根据权利要求1、3所说的一种防御热碱压力容器应力腐蚀开裂的金属高分子复合涂层，其特征在于，所说的面层封闭层厚度为0.02～0.04mm。